第一章 蓄电池 第一次课：蓄电池的构造、型号、工作原理、特性、容量及影响因素 教学目的要求： 通过教学掌握蓄电池的构造、型号识别及充放电的工作理，理解蓄电池的工作特性，掌 握蓄电池维护充放电的知识和方法，了解蓄电池容量的影响因素主要教学内容：1、蓄电池的构造2、蓄电池的型号3、蓄电池的工作原理4、蓄电池容量及影响因素 教学重点、难点： 蓄电池的构造 蓄电池的工作原理 作业：1、 叙述普通蓄电池的结构2、 什么是干荷电蓄电池？有什么特点？3、 什么是免维护蓄电池？有什么特点？4、 国产蓄电池的型号含义是什么？5、 简述蓄电池的充、放电特性？ 教案正文：第一节 铅蓄电池的构造与型号 一、铅蓄电池的构造 铅蓄电池的组成：极板、隔板、壳体、电解液、铅连接条、极柱等 1．正、负极板 分类及构成：极板分正极板和负极板两种，均由栅架和填充在其上的活性物质构成作用： 蓄电池充、放电过程中， 电能和化学能的相互转换，就是依靠极板上活性物质和电解 液中硫酸的化学反应来实现的颜色区分：正极板上的活性物质是二氧化铅 (PbO2),呈深棕色；负极板上的活性物质是海绵 状纯铅(Pb)，呈青灰色栅架的作用：容纳活性物质并使极板成形。
极板组：为增大蓄电池的容量，将多片正、负极板分别并联焊接，组成正、负极板组 安装的特别要求：安装时正负极板相互嵌合， 中间插入隔板 在每个单体电池中， 负极板的 数量总比正极板多一片2．隔板作用： 为了减小蓄电池的内阻和尺寸， 蓄电池内部正负极板应尽可能地靠近； 为了避免彼此 接触而短路，正负极板之间要用隔板隔开材料要求： 隔板材料应具有多孔性和渗透性， 且化学性能要稳定， 即具有良好的耐酸性和抗 氧化性材料：常用的隔板材料有木质隔板、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃纤维和纸板等 安装要求：安装时隔板上带沟槽的一面应面向正极板 3．壳体作用：用来盛放电解液和极板组材料：由耐酸、耐热、耐震、绝缘性好并且有一定力学性能的材料制成结构特点： 壳体为整体式结构， 壳体内部由间壁分隔成 3 个或 6 个互不相通的单格， 底部有 突起的肋条以搁置极板组 肋条之间的空间用来积存脱落下来的活性物质， 以防止在极板间 造成短路， 极板装入壳体后， 上部用与壳体相同材料制成的电池盖密封 在电池盖上对应于每个单格的顶部都有一个加液孔， 用于添加电解液和蒸馏水， 也可用于检查电解液液面高度 和测量电解液相对密度4．电解液 作用：电解液在电能和化学能的转换过程即充电和放电的电化学反应中起离子间的导电作用 并参与化学反应。
成分：它由纯硫酸和蒸馏水按一定比例配制而成，而其密度一般为 1.24- 1.30g/ml特别注意点：电解液的纯度是影响蓄电池的性能和使用寿命的重要因素5．单体电池的串接方式 蓄电池一般都由 3 个或 6 个单体电池串联而成，额定电压分别为 6V 或 12V 串接方式： 单体电池的串接方式一般有传统外露式、 穿壁式和跨越式三种方式， 早期的蓄电 池大多采用传统外露式铅连接条连接方式， 如图 1—2a 所示 这种连接方式工艺简单， 但耗 铅量多，连接电阻大，因而起动时电压降大、功率损耗也大，且易造成短路 新型蓄电池则采用先进的穿壁式或跨越式连接方式 穿壁式连接方式是在相邻单体电池之间的间壁上打孔供连接条穿过， 将两个单体电池的极板 组极柱连焊在一起跨越式连接在相邻单体电池之间的间壁上边留有豁口， 连接条通过豁口跨越间壁将两个单体 电池的极板组极柱相连接，所有连接条均布置在整体盖的下面穿壁式和跨越式连接方式与传统外露式铅连接条连接方式相比，有连接距离短、节约材料、 电阻小、起动性能好等优点二、蓄电池的规格型号蓄电池的型号按 JB2599—1985《起动型铅蓄电池标准》规定，其产品型号的编制和含义如下：额定容量 - 特殊性能,额定容量为75A • h的起动用蓄电池。
12V，额定容量为105A • h的起动用干12V •,额定容量为100A • h的起动用正极板上的Pb02和负极板上的Pb都变PbS04分别恢复成原来的 Pb02和Pb,串联的单格电池数 - 蓄电池类型 - 蓄电池特征 例如：1) 3-Q-75 ：由 3 个单体电池组成，额定电压为 6V2) 6-QA-105G ：由 6 个单体电池组成，额定电压为 荷电高起动率蓄电池3) 6-QAW-100 ：由 6 个单体电池组成，额定电压为 干荷电免维护蓄电池第二节 蓄电池的工作原理及特性一、蓄电池的工作原理 当蓄电池和负载接通放电时， 正负极板间产生电流， 成PbS04，电解液中的H2S04减少，相对密度下降 当蓄电池充电时，按相反的方向变化，正负极板上的 电解液中的硫酸增加，相对密度变大如略去中间的化学反应过程，可用下式表示：Pb02+Pb 十 2H2S04=2PbS04+2H201 ．电势的建立 当极板浸入电解液时，在负极板处，金属铅受到两方面的作用，一方面它有溶解于电解液的倾向，因而有少量铅进入溶液，生成 Pb2+，在极板上留下两个电子 2e,使极板带负电;另一方面，由于正、负电荷的吸引， Pb2+有沉附于极板表面的倾向。
当两者达到平衡时，溶解便停止，此时极板具有负电位，约为 -0.1V正极板处，少量 Pb02溶入电解液，与水生成 Pb(OH)4，再分离成四价铅离子和氢氧根离子 即Pb02+2H 20 >Pb(OH) 44+ -Pb(OH) 4=Pb 4+ +4(OH) -由于Pb4+沉附于极板的倾向， 大于溶解的倾向，因而沉附在正极板上，使极板呈正电位 当达到平衡时，约为 +2.0V 因此，当外电路未接通，反应达到相对平衡状态时，蓄电池的静止电动势约为： E0=2.0-(-0.1)=2.1V2．铅蓄电池的放电 当蓄电池接上负载后，在电动势的作用下，电流从正极经过负载流往负极 (即电子从负极到正极 )，使正极电位降低，负极电位升高，破坏了原有的平衡放电时的化学反应过程如图所示：在正极板处， Pb 4+ 和电子结合， 变成二价铅离子 Pb 2+ ， Pb 2+ 与电解液中的 SO4 2- 结 合生成 PbS04沉附于极板上即4+ 2+Pb4+ +2e > Pb2+2+ 2-Pb2+ + SO42- =PbSO4在负极板处，Pb2+与电解液中的SO42-结合也生成PbS04沉附在负极板上，而极板上的金属 铅 继续溶解，生成 Pb2+和电子。
如果电路不中断，上述化学反应将继续进行，使正极板上 的Pb02和负极板上的Pb都逐渐转变为PbS04，电解液中的PbS04逐渐减少而水增多，故电 解液相对密度 下降3．铅蓄电池的充电 充电时，应将蓄电池接直流电源当电源电压高于蓄电池电动势时，在直流电源电压作用 下，电流从蓄电池正极流人，负极流出 (即驱使电子从正极经外电路流人负极 )这时正负极板发生的反应正好与放电过程相反， 在负极板处有少量的 PbS04进入电解液中，离解为Pb 2+和SO42- Pb2+在电源的作用下获得两个电子变为金属 Pb,沉附在极板上而 SO42-则与电解液中的H+结合，生成硫酸即：2+ 2-PbS04 >Pb +SO42+Pb2+ +2e >Pb2- +SO42- +2H + > H2S04负极板上总的反应式为：+PbS04+2e+2H+ >Pb+H 2SO4正极板处，也有少量 PbS04进入电解液中，离解为 Pb2+和SO42-，Pb2+在电源作用下失去两个电子变为Pb 4+，它又和电解液中水离解出来 0H-结合，生成Pb(0H)4，Pb(0H)4又分解为Pb02和H2O，而SO42-又与电解液中的H +结合生成硫酸。
其反应式如下：2+ 2-PbS04 > Pb2+ + S042-2+ 4+Pb -2e > Pb4H20 >4H + +40H+—Pb4+ +40H — >Pb(0H) 4Pb(0H)4 > Pb02+2H202- +2S04 2- +4H + > 2H 2S04正极板上的总反应为：2-PbS04—2e +2H20+ S042- >Pb02+2H 2S04可见，在充电过程中，正负极板上的 PbS04将逐渐恢复为Pb02和Pb,电解液中硫酸成分逐渐增多，水逐渐减少 充电终期,密度将升到最大值,且会引起水的分解,水分解的化学反应式如下：+ 2-2H2S04 >4H + SO4 负极上： 4H + +4e >2H 2正极上： 2SO42- -4e+2H20 >2H 2S04+O2总反应为： 2H 2 S 04+2H 2 0 >2H 2S04 十 2H2+O2由上式可见,整个过程中和效果实际上分解的是水： 2H2 0 >2H 2+02二、蓄电池的工作特性 蓄电池的工作特性主要包括蓄电池的电动势、内电阻以及充、放电特性1．静止电动势 静止电动势是指蓄电池在静止状态 （不充电也不放电 ）下正负极板之间的电位差 （即开路电压），用正。
表示它的大小与电解液的相对密度和温度有关，当相对密度 1.050〜1.30的范围内时,可由下述经验公式计算其近似值：E0=0.85 十 25摄氏度的电解液相对密度汽车用蓄电池的电解液相对密度在充电时增高, 放电时下降, 一般 1.12〜1.30之间波动,因此,蓄电池的静止电动势也相应地变化在 1.97〜2.15V 之间2．内电阻 蓄电池的内电阻大小反映了蓄电池带负载的能力 在相同的条件下,内电阻越小,输出电流越大,带负载能力越强蓄电池的内电阻为极板电阻、电解液电阻、隔板电阻、连条和极柱电阻的总和,用 R0 表示隔板电阻因所用的材料而异下图所示为电解液内阻随相对密度变化的关系曲线相对密度为 1.2 时（15摄氏度）,硫酸的离解度最好,粘度较小,电阻也最小第三节 蓄电池容量及其影响因素一、 蓄电池容量指在规定的放电条件下，完全充足电的蓄电池所能放出的电量，用“ C”表示是标志蓄电池对外放电能力、衡量蓄电池质量的优劣以及选用蓄电池的最重要指标 A・h（安 时）来计量即容量等于放电电流与持续放电时间的乘积,用下式表示：C=If*tf式中，C是蓄电池容量（A - h）; If是放电电流（A） ; tf放电持续时间（h）。
蓄电池的容量与放电电流、放电持续时间及电解液温度有关1. 额定容量额定容量：指完全充电的蓄电池,在电解液温度为 25±5摄氏度,密度为 1.28±0.01g／ml时,以 20h 放电率的放电流连续放电到 12V 蓄电池端电压降到 10.50±0.05V、 6V 蓄电池 端电压降到5.25± 0.02V时所输出的电量用 C20表示，单位是 A • h2．储备容量蓄电池的额定储备容量： 指完全充足电的蓄电池, 在电解液温度为 25±2摄氏度时, 以 25A 电流放电至 12V 蓄电池端电压达 10.50V± 0.05V、 6V 蓄电池端电压达 5.25V± 0.02V 时, 放电所持续的时间，用 Cr,n表示，单位为 min它说明当汽车充电系统失效时，汽车尚能持续提供 25A电流的能力二、 影响蓄电池容量的主要因素 影响蓄电池的容量的因素归纳起来可分为两类： 一类是与生产工艺及产品结构有关的因素,如活性物质的数量、极板的厚薄、活性物质的孔率等；另一类是使用条件，如放电电流、电解液温度和电解液相对密度等一） 产品结构因素1极板上活性物质的数量极板面积越大，片数越多，则同时和硫酸起。